Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

7. Der ferromagnetische Halbleiter EuO
führt. Weiterhin wurden einige Lu-dotierte Proben untersucht. Die Resultate finden
sich in Kapitel 9.
Theoretische Beschreibung der Erhöhung von T C
Die Erhöhung der Curie-Temperatur für elektronisch dotiertes EuO beruht auf einer
indirekten Austauschwechselwirkung, die durch die dotierten Elektronen im Leitungsband
vermittelt wird. Die bisher entwickelten Modelle zur chemischen Dotierung von
EuO betrachten explizit die Dotierung mit Gadolinium. 8 Der Grund dafür liegt in der
nicht zu erwartenden Störung des magnetischen Gitters der 4f-Spins durch den Einbau
der Gd 3+ -Ionen. Das dotierte Elektron erzeugt aber einen zusätzlichen indirekten
Austausch.
Im grundlegenden Modell von Mauger wird dieser basierend auf einer Ruderman-
Kittel-Kasuya-Yosida-Wechselwirkung (RKKY) beschrieben [62]. Im Modell werden
magnetische Unordnungseffekte vernachlässigt. Auf die anderen Annahmen wird nicht
näher eingegangen. Ein zentrales Resultat ist ein Maximum in T C (x) für Eu 1−x Gd x O-
Proben von etwa 155 K bei x = 0,05. Für x > 0,07 wird von einer Instabilität der ferromagnetische
Ordnung bezüglich einer spiralen Anordnung entlang der [111]-Richtung
ausgegangen. Mit der Annahme, dass jedes dotierte Gd 3+ ein Elektron ins Leitungsband
dotiert, tritt dies für n > 2 · 10 27 1/m 3 auf. Die Gültigkeit des Modells wird für
n > 1 · 10 26 1/m 3 (x > 0,003 bei 100 % Dotantenaktivierung) angegeben.
Von Burg et al. wurde das Modell von Mauger modifiziert, insbesondere in der numerischen
Auswertung der Gleichungen. Weiterhin wurde ein Vergleich einer endlichen
Bandbreite des Leitungsbandes, wie sie auch von Mauger angenommen wurde, mit
dem Modell freier Elektronen angestellt. Da sich hier keine signifikanten Unterschiede
ergeben, sind die Resultate in Bezug auf T C (x) mit denen von Mauger vergleichbar.
Allerdings geben Burg et al. als Mechanismus für das Absinken von T C für große
Ladungsträgerdichten kleiner werdende Austauschoszillationen an, die eine antiferromagnetische
Ordnung bevorzugen. Über den Zusammenhang der verwendeten Ladungsträgerdichten
und der Dotierkonzentrationen wird keine Angabe gemacht.
In beiden Modellen wird die Abhängigkeit der Probenmagnetisierung von der Temperatur
und von einem möglichen externen Magnetfeld angegeben (M(T , µ 0 H)). Über
berechnete M(T , µ 0 H)-Kurven lässt sich die Theorie mit Experimenten vergleichen,
bei denen die M(T , µ 0 H)-Kurven mittels SQUID-Magnetometrie gemessen wurden.
Der Vergleich für La-, Gd- bzw. Lu-dotierte Proben mit der Theorie findet sich in
Kapitel 9.3.1.
8 Ein Modell, das explizit die Dotierung von EuO mit einem anderen Dotanten beschreibt, ist mir
nicht bekannt. Außen vor gelassen werden Modelle zur Beschreibung der T C -Erhöhung durch Sauerstofffehlstellen.
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